【计算机组成-指令系统体系结构】

课程链接：北京大学陆俊林老师的计算机组成原理课

1. 设计自己的计算机

一个简单的计算机指令系统

• 运算类指令：ADD R，M；功能：将R的内容和M中的内容相加后存入R
• 传送类指令：LOAD R，M；功能：将M中的内容装入R
• 传送类指令：STORE M，R；功能：将R中的内容存入M
• 转移类指令：JMP L；功能：无条件转向L处
• *注：M和L为存储器地址，R为寄存器编号

一个简单的计算机的指令格式

• 每条指令等长，均为2个字节
• 第一个字节的高4位是操作码（LOAD：0000；ADD：0001；STORE：0010；JMP：0011；*注：假设仅4条指令）
• 第一个字节的低4位是寄存器号（R0～R3：0000～0011；*注：假设仅4个寄存器）
• 第二个字节是存储单元地址（最大可使用256个字节的存储器）

第一个字节	第二个字节
xxxx xxxx	xxxx xxxx
操作码、寄存器号	存储单元地址

正确的指令示例（ADD R2，[9]）：

第一个字节	第二个字节
0001 0010	0000 1001

错误的指令示例（操作码未定义，寄存器号未定义）：

第一个字节	第二个字节
0101 0010	0000 1001

*注：无论多高级的语言，都得先转化成机器语言（中间一列，一系列的二进制代码），程序才可以运行

2. x86体系结构

从16位到64位：x86体系结构的演变

• 寄存器模型
  
• 存储器寻址：太复杂听不懂了呜呜呜，得求教uu们惹！

3. x86指令简介

指令的主要类别

• 传送类指令：例如：从存储器到通用寄存器，从通用寄存器到I/O接口等
• 运算类指令：例如：加、减、乘、除、与、或、非等
• 转移类指令：无条件转移、条件转移、过程调用等
• 控制类指令：暂停处理器、清除标记位等
• 移位指令

4. 复杂的x86指令举例

复杂指令举例

• 串操作指令
• 循环控制指令
• 查表指令
• 十进制调整指令

5. MIPS体系结构

MIPS的设计指导思想

• 全称 Microprocessor without Interlocked Piped Stages
• 主要关注点：减少指令的类型，降低指令复杂度
• 基本原则：A simpler CPU is a faster CPU

MIPS指令的主要特点

• 固定的指令长度：32-bit，简化了从存储器取指令
• 简单的寻址模式：简化了从存储器取操作数
• 指令数量减少，指令功能简单：简化了指令的执行过程，一条指令只完成一个操作
• 只有LOAD和STORE指令可以访问存储器：例如，不支持x86指令的 ADD AX， [3000H] 操作
• 需要优秀的编译器支持

6. MIPS指令简介

MIPS指令的基本格式

• R：Register，寄存器
• I：Immediate，立即数
• J：Jump，无条件转移